網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是一種結(jié)合傳統(tǒng)攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的新一代攝像機(jī)，它可以將影像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至地球另一端，且遠(yuǎn)端的瀏覽者不需用任何專業(yè)軟件，只要標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可監(jiān)視其影像。 隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品逐漸覆蓋我們生活的各個(gè)角落。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的發(fā)展創(chuàng)新，廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如教育、商業(yè)、醫(yī)療、公共事業(yè)等。

　　以下為大家整理了10個(gè)網(wǎng)絡(luò)上受歡迎的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)方案

　　TOP 10：基于TMS320DSC2x的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)

　　作為DSP領(lǐng)先者的美國(guó)德州儀器公司(TI)在數(shù)字照相機(jī)應(yīng)用方面同樣獨(dú)占鰲頭。首先基于TMS320C54x通用平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)影像壓縮，然后將影像前端處理的分立器件集成為一個(gè)專用芯片，進(jìn)而把兩者合二為一并集成ARM7通用處理器，就是TMS320DSC2x系列通用數(shù)字相機(jī)平臺(tái)。這是TI為業(yè)界首創(chuàng)的單片影像處理體系架構(gòu)(SOC)，之后又不斷提升該平臺(tái)的性能和功能，并成功推進(jìn)更新?lián)Q代。

　　與此同時(shí)，在通用DSP上實(shí)現(xiàn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的嘗試始終沒(méi)有停止，而真正的突破在與TI的DSP專家采用C6211實(shí)現(xiàn)的MJPEG實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。雖然外圍還需要不少分立的期間，但是依賴于C6x高速并行處理能力，其視頻性能在業(yè)界處于優(yōu)異的水平。而其功能已經(jīng)可以滿足數(shù)字監(jiān)控基本需求，并且系統(tǒng)較為當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)所接受，因此很快得到實(shí)際應(yīng)用，其中在中國(guó)的產(chǎn)品化進(jìn)程并沒(méi)有落在國(guó)際之后。隨著通用數(shù)字媒體處理器DM642的問(wèn)世，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)集成度更高，而且可以支持實(shí)時(shí)H.264，并已集成視頻口和以太網(wǎng)接口。DM642對(duì)數(shù)字視頻監(jiān)控的貢獻(xiàn)是劃時(shí)代，其成功不僅在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，還有數(shù)字視頻服務(wù)器、視頻壓縮卡、嵌入式硬盤錄像機(jī)等。

　　影像SOC的繼續(xù)創(chuàng)新表現(xiàn)在核心處理上集成協(xié)處理器，先支持影像后支持視頻增強(qiáng)能力;在控制器上由ARM7升級(jí)到ARM9;在前端處理方面也由影像提升到視頻功能等。至此，產(chǎn)品由DSC系列上升到DM270再到DM320和DM355.DM系列就是Digital Media，即數(shù)字媒體處理器的含義，該系列不僅支持JPEG靜態(tài)影響壓縮，還可支持MPEG-4實(shí)時(shí)處理，因此已經(jīng)是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的理想平臺(tái)。將該器件擴(kuò)展以太網(wǎng)接口就是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，而且DM355可支持實(shí)時(shí)MPEG-4達(dá)到分辨率為720P.由于這個(gè)體系有視頻前處理子系統(tǒng)VPSS，可以直接連視頻傳感器，由在主芯片上進(jìn)行ISP處理的可能，就是使得網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)達(dá)到一個(gè)更高程度的集成。

　　后來(lái)，沿著DM642的軌跡有了稱為“達(dá)芬奇”的DM644x系列，集成有ARM9、DSP和VPSS的SOC平臺(tái)，于是支持D1實(shí)時(shí)地 H.264產(chǎn)品不少遷移到此平臺(tái)以提高集成度;再往后，沿著DM355的足跡有了DM365，不變的是720P高清的性能，但已是支持H.264，而且有了以太網(wǎng)接口，前端也是名副其實(shí)的ISP單元。

　　總之，DSP啟動(dòng)了攝像機(jī)市場(chǎng)，就推動(dòng)了數(shù)字視頻監(jiān)控市場(chǎng)的發(fā)展，而以此為核心的SOC又使這樣的推動(dòng)力向更高更新的技術(shù)領(lǐng)域邁進(jìn)。

　　TOP 9：基于TMS320DM642的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的設(shè)計(jì)

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻得到了飛速發(fā)展。在網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域中，將傳統(tǒng)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，并且借助于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸已成為當(dāng)今的一大熱點(diǎn)。

　　從技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式來(lái)講，通常是采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前市場(chǎng)上的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般有兩類：一類是普通攝像機(jī)加視頻網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，但是這種方案體積龐大、操作繁瑣;另一類是把全部網(wǎng)絡(luò)接入功能都集成在攝像機(jī)中，其體積小、功能全、易于使用和維護(hù)。后類攝像機(jī)有多種解決方案，本文提出一種基于嵌入式 DSP的設(shè)計(jì)方案，并且給出具體的硬件及軟件實(shí)現(xiàn)。

　　1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.1嵌入式處理器TMS320DM642

　　TMS320DM642(以下簡(jiǎn)稱DM462)是TI公司近來(lái)發(fā)布的新一代多媒體處理器，它基于其第二代高性能的VelociTI VLIW結(jié)構(gòu)，適用于多種數(shù)字媒體應(yīng)用.DM642的時(shí)鐘頻率為600MHz，指令速度高達(dá)4800MIPS.這款DSP的兩大特色在于：第一，擁有三個(gè)可配置的視頻接口(VP)，可同時(shí)采集三路視頻信號(hào);第二，集成了以太網(wǎng)接口，10/100Mbps模式自適應(yīng)，能工作在全雙工或半雙工模式下，并具有硬件流控制和服務(wù)質(zhì)量保證(QoS)支持.DM642的功能十分強(qiáng)大，它是構(gòu)成多媒體通信系統(tǒng)的最佳平臺(tái)之一。

　　1.2硬件整體架構(gòu)

　　本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)由六部分組成，分別是視頻采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、視頻處理、視頻顯示、網(wǎng)絡(luò)和電源管理。

　　視頻采集部分采用模擬PAL制攝像頭，配合高精度視頻A/D轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字圖像.A/D轉(zhuǎn)換器采用TI公司的TVP5145芯片，其采樣精度達(dá)到10bit，輸出支持CCIR-656和BT656等格式。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分的RAM采用三星公司的SDRAM.為配合DM642的64位EMIF(外部存儲(chǔ)器接口)，使用四片SDRAM，每片工作在16位模式，單片容量為32MB.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分的ROM采用ATMEL公司的NOR型的Flash芯片，總?cè)萘繛?56KB，數(shù)據(jù)總線為8位。本系統(tǒng)中的 SDRAM用來(lái)存放系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的代碼以及臨時(shí)圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)lash用來(lái)保存系統(tǒng)自啟動(dòng)代碼以及系統(tǒng)程序代碼。

　　視頻顯示部分采用數(shù)字LCD，可省去數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片，只需一片CPLD驅(qū)動(dòng)LCD.CPLD采用Altera公司的MAX3000系列。這部分作為輔助功能，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)合進(jìn)行選擇。

　　DM642的以太網(wǎng)控制器(即EMAC)屬于數(shù)據(jù)鏈路層，因此需外接物理層芯片才能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。這里采用Intel公司的LXT971A芯片，它提供了MII(Media Independent Interface)接口，可以方便地和DM642連接。

　　電源管理部分在一個(gè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有舉足輕重的地位。本系統(tǒng)的電源模塊采用MAXIM公司的解決方案，包括一片MAX1762芯片(產(chǎn)生1.4V電源給DM642的I/O供電和產(chǎn)生5V電源給LCD的逆變器供電)。

　　2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　TI為DM642的VP口開(kāi)發(fā)了一個(gè)兩層設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型。上層驅(qū)動(dòng)稱為Class Driver，更靠近底層硬件。應(yīng)用時(shí)只需根據(jù)這個(gè)模型編寫驅(qū)動(dòng)程序就可以了。

　　對(duì)于以太網(wǎng)口，TI提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)組件(NDK)，為在DSP上開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供了平臺(tái)。有了這個(gè)平臺(tái)，在開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時(shí)，就不用過(guò)多考慮數(shù)據(jù)如何封閉成IP包，也不用過(guò)多關(guān)心TCP/IP協(xié)議內(nèi)部的工作機(jī)制，這樣可以縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期及上市時(shí)間。

　　2.1 視頻端口的兩層設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型

　　兩層設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型如圖2 所示。最上層是應(yīng)用程序，最下層是底層硬件，包括DM642的VP口和視頻A/D芯片。中間大花括號(hào)括起來(lái)部分即為設(shè)備驅(qū)動(dòng)。圖中還有一層芯片支持庫(kù)(CSL)，它提供配置及控制片上外設(shè)的C語(yǔ)言接口。

　　根據(jù)VP口的特點(diǎn)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)的兩層驅(qū)動(dòng)模型的每一層又細(xì)分了兩層。從圖2可以看到，把Class Driver分為FVID Class Driver和GIO Class Driver.前者更靠近應(yīng)用程序，它提供一些特別適用于圖像的API函數(shù);后者提供與Mini Driver進(jìn)行通信的API函數(shù).Mini Driver分成通用部分和特殊部分，這樣分的優(yōu)勢(shì)在于：當(dāng)改變硬件構(gòu)成時(shí)，無(wú)需重寫Mini Driver，只需修改特殊部分即可，提高了代碼的重復(fù)使用性。

　　2.2網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)組件

　　網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)組件的核心即為一系列TCP/IP協(xié)議棧庫(kù)。包括：(1)棧庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)工具庫(kù)，它含有一些經(jīng)過(guò)優(yōu)化編譯的協(xié)議棧代碼;(2)操作系統(tǒng)適應(yīng)庫(kù)，它用來(lái)協(xié)調(diào)TCP/IP協(xié)議棧和DSP/BIOS之間的接口;(3)網(wǎng)絡(luò)控制及調(diào)度庫(kù)，它決定TCP/IP環(huán)境的初始化以及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)事件是如何被調(diào)度的;(4)多種硬件抽象層平臺(tái)庫(kù)，為TI公司的多種開(kāi)發(fā)板(比如DSK、TEB和EVM等)提供支持。由于本系統(tǒng)為自行開(kāi)發(fā)，所以不涉及HAL.

　　Top 8： 基于ML86500的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案設(shè)計(jì)

　　1 引 言

　　近年來(lái)，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)軟硬件技術(shù)的高速發(fā)展以及寬帶網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，視頻監(jiān)控已逐漸走近了人們的生活。與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控相比，IP視頻監(jiān)控克服了模擬閉路電視監(jiān)控的局限性：首先，數(shù)字化視頻可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) (局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù)，基本上不受距離限制，信號(hào)不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性;其次，數(shù)字視頻利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須重復(fù)布線，安裝方便靈活;最后，數(shù)字化存儲(chǔ)成為可能，經(jīng)過(guò)壓縮的視頻數(shù)據(jù)可直接存儲(chǔ)，查詢簡(jiǎn)便快捷。

　　目前，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案多數(shù)采用了CPU+DSP的組合，CPU完成控制、通訊等功能，而DSP則主要完成音頻、視頻信號(hào)的編碼處理，但此類方案一般成本較高。本文設(shè)計(jì)的基于ML86500的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案具有高壓縮率、低帶寬占用、高圖像質(zhì)量以及低成本等優(yōu)勢(shì)。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 硬件總體方案

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的基本原理為：CCD傳感器將光線轉(zhuǎn)變成電荷，并輸出CVBS模擬視頻信號(hào)給視頻解碼芯片(TW9910);視頻解碼芯片將CVBS 模擬視頻信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)成YUV 4：2：2格式的數(shù)字信號(hào)，并輸出給視頻編碼芯片——ML86500;ML86500對(duì)視頻信息進(jìn)行編碼壓縮處理，生成MPEG4數(shù)據(jù)流;MPEG4數(shù)據(jù)流經(jīng)RTP協(xié)議封裝經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶機(jī)(PC)，遠(yuǎn)程客戶機(jī)解碼還原視頻信息進(jìn)行播放。

　　2.2 MPEG4實(shí)時(shí)編碼器電路

　　ML86500是OKI公司開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)MPEG4圖像壓縮(編碼)處理單芯片產(chǎn)品，該芯片靈活運(yùn)用了OKI獨(dú)創(chuàng)算法及專用加速器，低成本實(shí)現(xiàn)了高畫質(zhì)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)就是面向監(jiān)視攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等圖像監(jiān)控設(shè)備。因此本網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案中的視頻編碼芯片選用ML86500。

　　ML86500主要技術(shù)指標(biāo)：

　　視頻編碼方式：MPEG4 SP/ASP;

　　支持的視頻方式：NTSC@29.97 f/s，PAL@25 f/s，VGA，QVGA;

　　數(shù)據(jù)格式：亮度信號(hào)8 b、色度信號(hào)8 b(4：2：2);

　　支持隔行掃描視頻(NTSC/PAL);

　　變換輸入幀率;

　　碼流編碼模式：CBR/VBR;

　　外部SDRAM接口;

　　通用8/16位主機(jī)CPU接口;

　　電源電壓：3.3 V±0.3 V(IO)，1.5 V±0.15 V(CORE，PLL);

　　封裝：144管腳塑料LQFP。

　　ML86500的內(nèi)棱使用1.5 V電源供電，PLL電路亦使用1.5 V電源供電，考慮到PLL電路可能會(huì)干擾內(nèi)核電路，因此PLL電路通過(guò)一個(gè)π型低通濾波器供電，消除高頻于擾。

　　ML86500使用27 MHz有源晶振作為時(shí)鐘，考慮到防止27 MHz有源晶振對(duì)系統(tǒng)電源產(chǎn)生干擾，為27 MHz有源晶振的電源供電設(shè)計(jì)了π型低通濾波器。

　　ML86500需要外接一塊32 b數(shù)據(jù)總線寬度的SDRAM作為數(shù)據(jù)緩存。

　　Top 7：基于嵌入式操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)

　　與傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)相比，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)：

　　1)把監(jiān)控錄像保存在大容量硬盤上，數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)信息永不丟失，圖像質(zhì)量不下降。

　　2)數(shù)字視頻容易被計(jì)算機(jī)處理?？梢栽诒O(jiān)控圖像中設(shè)定報(bào)警區(qū)域，計(jì)算機(jī)對(duì)報(bào)警區(qū)域的圖像進(jìn)行分析和處理，做到自動(dòng)監(jiān)控，無(wú)人值守。

　　3)數(shù)字視頻經(jīng)過(guò)壓縮之后，占用帶寬較小，而且數(shù)字信號(hào)在傳輸時(shí)容易進(jìn)行加密，非法截取的信號(hào)無(wú)法還原為視頻圖像。

　　4)數(shù)字錄像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤上，可以用計(jì)算機(jī)來(lái)檢索和管理，擺脫了手工管理和檢索的復(fù)雜繁瑣。

　　基于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究，國(guó)外起步較早，成熟的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品有索尼營(yíng)銷公司推出的10BASE2T的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī) “SNC2VL10N”，以及松下KX2HCM130、三星SNC2100P、安特ANT2NWC10/50/100等。國(guó)外同類產(chǎn)品一般采用MPEG或者小波壓縮方法，性能較好，但價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)用戶大都無(wú)法承受。我國(guó)這方面的研究剛剛起步，大多數(shù)廠商僅代理國(guó)外產(chǎn)品，從事實(shí)際研究的單位不多。

　　目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)投入使用的視頻采集設(shè)備多以視頻采集卡的形式存在。本文設(shè)計(jì)的方案采用TI公司的TVP5040作為前端視頻采集設(shè)備的主體芯片，可以作為獨(dú)立的單元存在，并且具有體積小、處理能力強(qiáng)且功耗低的特點(diǎn);加之采用了功能強(qiáng)大的TI嵌入式處理器芯片TMS320DSC21，使系統(tǒng)可以快速、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集、壓縮和打包上傳，為數(shù)字化視頻監(jiān)控提供了解決方案。本文中簡(jiǎn)單介紹了TMS320DSC21，詳細(xì)介紹了自行研制的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)采集與處理端的硬件結(jié)構(gòu)，以及運(yùn)用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控的設(shè)計(jì)方案。

　　1　TMS320DSC21微處理器

　　TMS320DSC21微處理器(簡(jiǎn)稱DSC21)是一個(gè)高性能的單芯片微處理器，由以下幾部分組成：

　　1)1個(gè)DSP(TMS320C5409)子系統(tǒng);

　　2)1個(gè)微控制器(ARM7TDMI)子系統(tǒng);

　　3)2個(gè)DSP協(xié)處理器(iMX和VLC);

　　4)SDRAM控制器;

　　5)圖像外圍單元①。

　　DSC21的高集成度使之特別適合應(yīng)用于視頻、音頻和圖像類產(chǎn)品。其5個(gè)子系統(tǒng)在單個(gè)芯片上組成了一個(gè)完整的系統(tǒng)。片上MCU運(yùn)行用戶操作系統(tǒng)處理復(fù)雜的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)控制功能和位操作;DSP和DSP協(xié)處理器完成大運(yùn)算量計(jì)算、數(shù)字信號(hào)處理以及算術(shù)計(jì)算;圖像外圍組件和SDRAM控制器提供極大的數(shù)據(jù)流量。因此，DSC21可以在單芯片上實(shí)現(xiàn)高性能、多處理器的圖像處理系統(tǒng)。

　　DSC21模塊包括：

　　1)ARM子系統(tǒng)。由ARM7TDMIRISC內(nèi)核、內(nèi)部RAM和外設(shè)模塊組成。ARM子系統(tǒng)完成所有的控制功能，支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如 ucOS，Vx2Works，uITRON，Nucleus和Linux。ARM也控制各個(gè)外設(shè)模塊，如定時(shí)器、中斷控制器、CCD/CMOS控制器、 OSD、NTSC/PAL視頻編碼器、USB、CF卡、SM卡、IrDA、預(yù)覽引擎、串口等。用戶接口軟件也在ARM上運(yùn)行。

　　2)DSP子系統(tǒng)。由DSP核、32KBRAM和專用內(nèi)存塊(ImageBuffer)組成。DSP核是一個(gè)基于0118μm技術(shù)的DSP處理器TMS320C5409DSP。

　　DSP子系統(tǒng)負(fù)責(zé)所有大運(yùn)算量信號(hào)處理任務(wù)，如圖像處理，JPEG壓縮;處理所有的實(shí)時(shí)I/O，如音頻和ModemI/O，MP3，AAC播放的實(shí)現(xiàn);支持可編程實(shí)時(shí)自動(dòng)曝光、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)白平衡(AE，AF，AWB)，以及圖像/視頻拍攝和回放。

　　3)DSP協(xié)處理器。由iMX和VLC兩部分組成，負(fù)責(zé)協(xié)助DSP子系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理。iMX由4個(gè)并行的乘加單元(MAC)組成，適合矩陣運(yùn)算;而 VLC針對(duì)JPEG，MPEG1的量化和Huffman編碼進(jìn)行優(yōu)化。DSP子系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)DSP協(xié)處理器的操作。

　　4)SDRAM控制器。是片外擴(kuò)展SDRAM與片內(nèi)所有功能模塊的接口。它為片外SDRAM提供與DSC21處理器和圖像單元連接的高帶寬接口，支持最高80MHz，32bitSDRAM。SDRAM控制器支持實(shí)時(shí)CCD數(shù)據(jù)流輸入和TV顯示數(shù)據(jù)輸出，其訪問(wèn)性能達(dá)到320MB·s-1。

　　5)圖像外圍組件。DSC21有4個(gè)圖像單元：

　　CCD控制器、預(yù)覽引擎、連拍模式壓縮/解壓縮單元和硬件圖形單元。這些專用的圖像單元由ARM控制，用于向DSC21系統(tǒng)讀入數(shù)據(jù)并建立彩色顯示。

　　CCD控制器可以為CCD/CMOS圖像傳感器提供必要的同步時(shí)序邏輯，并支持逐行掃描和隔行掃描CCD/CMOS圖像傳感器。通過(guò)對(duì)CCD控制器內(nèi)部的寄存器進(jìn)行配置，可以使CCD控制器處于不同的工作狀態(tài)。CCD控制器能支持高達(dá)16Mpix(4K×4K)的CCD/CMOS圖像傳感器。

　　預(yù)覽引擎模塊將CCD控制器傳來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合NTSC/PAL編碼器的顯示格式，它可達(dá)到實(shí)時(shí)30幀·s-1的NTSC/PAL預(yù)覽。預(yù)覽引擎內(nèi)置增益控制、白平衡、垂直水平噪聲過(guò)濾、CFA插值、降采樣、伽馬校正和色空間轉(zhuǎn)換等功能。

　　連拍模式壓縮解壓縮模塊采用無(wú)損(或有損)算法，將從CCD控制器傳來(lái)的原始圖像數(shù)據(jù)壓縮并寫入SDRAM，解壓縮引擎在DSP的控制下可以對(duì)這些數(shù)據(jù)解壓。這些數(shù)據(jù)被處理、顯示，存回SDRAM。連拍模式可以支持10幀·s-1高分辨率照片的拍攝。

　　硬件圖形單元由3部分組成：OSD(OnScreenDisplay)、NTSC/PAL編碼器和DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)。

　　OSD支持3個(gè)硬件窗口，NTSC/PAL編碼器集成了復(fù)合視頻信號(hào)輸出通道和獨(dú)立R，G，B輸出通道①。

　　TOP 6：基于ARM和以太網(wǎng)供電的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)

　　1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　整個(gè)系統(tǒng)由AT91RM9200處理器、CMOS傳感器、音頻采集系統(tǒng)、以太網(wǎng)供電系統(tǒng)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信等幾部分組成。首先，通過(guò)CMOS傳感器鏡頭采集圖像，同時(shí)還可以進(jìn)行音頻采集，經(jīng)過(guò)AT91RM9200處理器處理，整個(gè)過(guò)程通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電，從而實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)供電的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)功能。

　　2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 AT91RM9200相關(guān)設(shè)計(jì)

　　AT91RM9200嵌入ARM920T ARM Thumb處理器核，工作于180 MHz時(shí)，性能高達(dá)200 MIPS，存儲(chǔ)器管理單元SRAM為16K，ROM為128K。AT91RM 9200集成了許多標(biāo)準(zhǔn)接口，包括USB 2.0全速主機(jī)和設(shè)備端口、多數(shù)外設(shè)和在網(wǎng)絡(luò)層廣泛使用10/100 Base-T以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器(MAC)。此外，它還提供一系列符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)，可在音頻、電信、Flash卡紅外線及智能卡中使用。

　　獨(dú)立的媒體接口(MII)或簡(jiǎn)化的獨(dú)立媒體接口(RMII)，對(duì)于接收與發(fā)送有集成的28字節(jié)FIFO及專用的DMA通道。自動(dòng)協(xié)議控制及快速自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸與MMC及SD存儲(chǔ)器卡兼容，支持兩個(gè)SD存儲(chǔ)器、32位的高速數(shù)據(jù)流傳輸。

　　AT91RM9200作為系統(tǒng)的CPU，采用MT9D131作圖像采集傳感器。 MT9D131是CMOS傳感器，擁有200萬(wàn)像素圖像傳感器芯片，因?yàn)槠漭^好的性能，廣泛應(yīng)用于監(jiān)控行業(yè)。捕獲麥克風(fēng)的音頻信號(hào)，通過(guò)WM8731進(jìn)行處理，WM8731是一款帶有集成耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器的低功耗、高質(zhì)量音頻編碼/解碼器，專為便攜數(shù)字音頻應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該器件可以提供CD音質(zhì)的音頻錄音和回放，為16Ω的負(fù)載提供50 mW的輸出功率。此外，AT91RM9200具有豐富的外設(shè)及I/O，這對(duì)將來(lái)的系統(tǒng)升級(jí)也提供了很大的便利。

　　2.2 POE電源設(shè)計(jì)

　　2.2.1 POE供電的工作過(guò)程

　　首先，PSE設(shè)備在端口輸出很小的電壓，直到其檢測(cè)到線纜終端的連接為一個(gè)支持IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備。當(dāng)檢測(cè)到受電端設(shè)備PD之后，PSE設(shè)備可能會(huì)為PD設(shè)備進(jìn)行分類，并且評(píng)估此PD設(shè)備所需的功率損耗。

　　POE技術(shù)允許在現(xiàn)有的五類線、超五類線和六類線網(wǎng)絡(luò)上安全可靠地傳輸功率高達(dá)15 W的48 V電源，特別適合于通信方面的應(yīng)用。它可以為13 W(在被供電設(shè)備測(cè)量)范圍內(nèi)的IP電話、WLAN接入點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和其他各類網(wǎng)絡(luò)終端供電。

　　2.2.2 以太網(wǎng)供電控制器LTC4269

　　凌力爾特公司(Linear Technology)推出IEEE802.3af以太網(wǎng)供電(POE)控制器LTC4269，它具有一個(gè)集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，極大簡(jiǎn)化了受電設(shè)備(PD)設(shè)計(jì)。LTC4269增強(qiáng)了傳統(tǒng)POE功能。

　　用戶可以配置一個(gè)代表PD功率分級(jí)的分級(jí)負(fù)載電流，一個(gè)堅(jiān)固100V熱捅拔MOSFET，在檢測(cè)和分級(jí)時(shí)隔離以太網(wǎng)供電接口DC/DC轉(zhuǎn)換器，同時(shí)提供1 00 mA浪涌電流，當(dāng)采用任何PSE時(shí)能順利地加電過(guò)渡。

　　3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　軟件系統(tǒng)組成包括系統(tǒng)引導(dǎo)程序Bootloader、嵌入式操作系統(tǒng)以及上層應(yīng)用程序。大多數(shù)Bootloader都包含兩種不同的操作模式：?jiǎn)?dòng)加載和下載。啟動(dòng)加載模式也稱為自主模式，即Bootloader將操作系統(tǒng)從目標(biāo)機(jī)上的存儲(chǔ)設(shè)備加載到RAM中運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程并沒(méi)有用戶的介入。下載模式下，目標(biāo)機(jī)上的Bootloader將通過(guò)串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)(Host)下載文件。

　　軟件系統(tǒng)還包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)關(guān)鍵的TCP/IP、UDP協(xié)議庫(kù)。應(yīng)用軟件包括完成文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、郵件發(fā)送、文件傳送、偵測(cè)報(bào)警等。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序把語(yǔ)音、圖像發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)端口，以供其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)訪問(wèn)。

　　U—Boot移植過(guò)程：U—Boot的源代碼可以到官方網(wǎng)站下載。在Linux里安裝交叉編譯器，編譯代碼，生成U—Boot.bin文件。啟動(dòng)后顯示。代碼如下：

　　DRAM Configuration：

　　Bank#0：20000000 16 MB

　　Flash：16 MB

　　In：serial

　　Out：serial

　　Err：serial

　　Hit any key to st op autoboot：0

　　K9Uboot》

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文介紹了以AT91RM9200處理器為核心的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)供電模塊LTC4269增強(qiáng)了傳統(tǒng)POE功能的DC/DC控制器。CMOS傳感器MT9D131實(shí)現(xiàn)圖像的采集，其強(qiáng)大的圖像采集能力，保證了動(dòng)態(tài)圖像的清晰可靠。

　　音頻編碼解碼器WM8731可以實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)音頻的采集。目前AT91RM9200在音頻/視頻、語(yǔ)音和多媒體等消費(fèi)電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因此，該系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用前景。

　　TOP 5：基于CMOS圖像傳感器OV7720的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)具有聯(lián)網(wǎng)功能，又最大限度地保持了模擬攝像機(jī)的功能，無(wú)疑是監(jiān)控領(lǐng)域的新星。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般使用成品CCD攝像頭做視頻捕捉前端，CCD 攝像頭在硬件成本中占了很大的分量，且CCD攝像頭輸出的是模擬信號(hào)，系統(tǒng)中必須加視頻A/D轉(zhuǎn)換器。開(kāi)發(fā)用于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的CMOS攝像頭對(duì)降低設(shè)計(jì)成本和復(fù)雜度有重要意義。

　　1 圖像采集系統(tǒng)采用的芯片介紹

　　1.1 圖像傳感器OV7720

　　OV7720是一個(gè)高集成度的CMOS Camera Chip傳感器，在單芯片上提供了VGA圖像處理器的全部功能。OV7720的一個(gè)獨(dú)特性能就是有很大的主光線角度，它能顯著減小模塊高度，而高度是讓相機(jī)能夠裝配進(jìn)當(dāng)前超薄筆記本電腦的關(guān)鍵因素;OV7720的第二大亮點(diǎn)是能夠工作在60f /s的VGA模式下，或工作在120 f/s的QVGA模式下實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最佳性能。OV7720內(nèi)部集成了對(duì)圖像傳感器的完善控制，包括曝光控制、伽馬校正、白平衡、色彩飽和以及色調(diào)控制，所有的圖像處理功能都可以通過(guò)它的串行相機(jī)控制總線(SCCB)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部控制寄存器組的編程。OV7720采用專有傳感器技術(shù)來(lái)提高圖像質(zhì)量，并通過(guò)減少或消除諸如固定圖案噪聲、拖尾和浮散等不良因素來(lái)產(chǎn)生明晰、純凈和完全穩(wěn)定的彩色圖像。

　　1.2 相機(jī)控制芯片OV529

　　OV529是一種相機(jī)控制芯片，它可以將來(lái)自圖像傳感器(例如OV7720)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成壓縮圖像格式的數(shù)據(jù)。圖1給出了OV529與傳感器、主機(jī)以及E2PROM之間連接的邏輯關(guān)系。該芯片具有的技術(shù)特征是：可用于移動(dòng)PDA系統(tǒng)、筆記本電腦中低成本、低功耗、高分辨率的單片相機(jī)控制器;不需要附加 DRAM;有8位并行相機(jī)芯片數(shù)據(jù)接口;內(nèi)建采樣電路、箝位電路和窗口電路;可用于 VGA，CIF，SIF，QCIF，160×128，160×120，128×128，80×64以及更多的圖像分辨率;內(nèi)建彩色轉(zhuǎn)換電路可用于4 b/8 b灰度，16 b YUV，12 b/16 b/24b RGB圖像預(yù)覽;有串行相機(jī)控制總線、內(nèi)置微控制器、可選的串行E2PROM存儲(chǔ)器、通用I/O引腳和2個(gè)主機(jī)接口(RS 232，5wire)等。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件設(shè)計(jì)模塊主要包括微控制器模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊和相機(jī)控制模塊三部分。微控制器模塊主要由主控芯片、 DATAFLASH和SDRAM組成，其中主控芯片是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度工作。DATAFASH里固化了嵌入式Linux內(nèi)核及其文件系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和系統(tǒng)配置文件。SDRAM作為內(nèi)存供系統(tǒng)運(yùn)行使用。網(wǎng)絡(luò)接口模塊主要是配合主控芯片傳送MPEG-4碼流。相機(jī)的控制模塊主要是由 OV529和OV7720芯片組成，通過(guò)SCCB(Serial Camera Control Bus)將傳感器的視頻流傳送到OV529;OV529通過(guò)控制OV7720將視頻流轉(zhuǎn)化成MEPG-4碼流，并完成轉(zhuǎn)發(fā)控制相機(jī)命令的功能。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，微控制器通過(guò)SPI將Linux內(nèi)核轉(zhuǎn)入SDRAM中，系統(tǒng)從SDRAM中啟動(dòng)。

　　軟件設(shè)計(jì)部分主要包括嵌入式Linux移植、CGI控制程序和MEPG-4解碼程序三個(gè)部分。嵌入式Linux系統(tǒng)存放到由AT91SAM7X256 控制的DAT-AFLASH中，它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)軟件的調(diào)度工作。CGI控制程序主要負(fù)責(zé)對(duì)攝像機(jī)的控制和對(duì)MPEG-4視頻流的相關(guān)設(shè)置。MEPG-4解碼程序主要負(fù)責(zé)對(duì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)得到的MPEG-4數(shù)據(jù)流的解碼工作。

　　TOP 4：基于TI達(dá)芬奇技術(shù)的高速網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)方案

　　1 達(dá)芬奇技術(shù)的主要特點(diǎn)

　　達(dá)芬奇平臺(tái)是典型的基于共享存儲(chǔ)的嵌入式多處理(ARM，DSP，VICP，視頻前端和后端等)環(huán)境，支持的關(guān)鍵技術(shù)是片內(nèi)實(shí)現(xiàn)了多通道的交換中心資源(Switch Central Resources，SCR)。基于片內(nèi)SCR，達(dá)芬奇平臺(tái)在片內(nèi)多處理器之間形成了典型的C/S架構(gòu)：計(jì)算能力強(qiáng)大的DSP可以作為服務(wù)器提供算法的實(shí)時(shí)計(jì)算服務(wù);帶有JAVA處理能力的ARM9實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，硬盤音視頻I/O等用戶界面。美國(guó)TI公司在達(dá)芬奇平臺(tái)上專門為音視頻編解碼(Codec)多媒體應(yīng)用精心設(shè)計(jì)了系統(tǒng)框架，提供了豐富的系統(tǒng)程序接口SPI，應(yīng)用程序接口API以及視頻，圖像，話音和音頻千余種流媒體算法組件。他們與操作系統(tǒng)，中間件構(gòu)成了一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的大部分內(nèi)容，應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)只需要將他們封裝成運(yùn)行包，就能得到高可用性和高可靠性的產(chǎn)品。

　　達(dá)芬奇平臺(tái)的最大特點(diǎn)就是基于DSP與ARM的SOC芯片，和與之相關(guān)的相關(guān)軟件。

　　對(duì)達(dá)芬奇平臺(tái)，硬件上給與雙核架構(gòu)強(qiáng)有力的支持，在DSP端用DPS/BIOS來(lái)支持音/視頻算法的運(yùn)行，在ARM端用 MontaVistaLinux(MV)來(lái)支持其對(duì)外設(shè)的管理。對(duì)于ARM與DSP之間的數(shù)據(jù)交叉，則用Codec Engine和Codec Server來(lái)加以管理。達(dá)芬奇平臺(tái)的先進(jìn)性，對(duì)高端音/視頻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是開(kāi)發(fā)平臺(tái)的最好選擇。

　　2 TMS320DM365介紹

　　TI公司的TMS320DM365是一款面向多媒體技術(shù)應(yīng)用的高性能芯片。

　　內(nèi)核方面TMS320DM365集成ARM926EJ-S.H.264協(xié)處理器(HDVICP)，MPEG4/JPEG協(xié)處理器(MJCP)，能以 1080p格式與10幀/s的速度提供H.264編解碼功能，和以1080p格式與24幀/s的速度提供MPEG4編解碼功能，以及以720p格式與30 幀/s的速度提供H.264或MPEG4編解碼功能。存儲(chǔ)方面擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口EMIFs包括1個(gè)16位256 M地址空間的DDR2和mDDR，以及1個(gè)16/8位的AEMIF，可擴(kuò)展的類型有8/16位NAND Flash，16Mb NOR Flash，SRAM，16位OneNAND等。其他外圍擴(kuò)展控制器還包括16位HPI(Host-Port Interface)，2個(gè)MMC(Multimedia Card)/SD(Secure Digital)/SDIO接口，1個(gè)16位的WDT(Watch DogTimer)，5個(gè)SPI(Serial Port Interface)接口其中每個(gè)具有兩個(gè)片選，1個(gè)主/從I2C(Inter-Integrated Circuit)總線控制器，1個(gè)支持2.0USB OTG接口控制器等。

　　TMS320DM365集成的ARM926EJ-S處理器包括32 kBRAM、16 kB ROM(用于非AEMIF啟動(dòng)模式下的ARMbootloader)、16 kB指令緩存、8 kB數(shù)據(jù)緩存、CP15及MMU等。其中CP15用來(lái)對(duì)指令、數(shù)據(jù)緩存、MMU以及其他ARM子系統(tǒng)進(jìn)行配置及控制。MMU使用統(tǒng)一的TLB來(lái)對(duì)頁(yè)表中存儲(chǔ)的信息進(jìn)行緩存，并為類似Linux、WindowsCE、ultron以及ThreadX等操作系統(tǒng)提供虛擬內(nèi)存。該處理器的寫緩沖數(shù)據(jù)容量高達(dá)17 kB，使其可以大幅提高內(nèi)核的性能。

　　TMS320DM365中的視頻處理子系統(tǒng)(VPSS)由兩個(gè)接口，分別用于視頻捕獲的視頻前段(VPFE)輸入接口和用于圖像顯示的視頻后端(VPBE)輸出接口。圖3為視頻處理子系統(tǒng)系統(tǒng)框圖。

　　VPFE模塊主要用于捕獲視頻信號(hào)，也可以直接從前端輸入已有的視頻信號(hào)。VPFE輸入接口有1個(gè)CCD控制器(CCDC)、1個(gè)預(yù)處理器、柱狀模塊、自動(dòng)曝光/白平衡/聚焦模塊(H3A)和寄存器組成。CCDC可以與視頻解碼器、CMOS傳感器或電荷耦合裝置連接;預(yù)處理器是一個(gè)實(shí)時(shí)的圖像處理器，它把來(lái)自CMOS或CCD的原始圖像從RGB轉(zhuǎn)變?yōu)閅UV422的編碼;柱狀模塊和H3A模塊實(shí)現(xiàn)基于原始圖像信息的硬件操作。

　　VPBE輸出接口由1個(gè)OSD引擎和1個(gè)視頻編碼器組成。OSD引擎能夠顯示兩組獨(dú)立的視頻窗口或兩組獨(dú)立的OSD窗口，還可以以2個(gè)視頻窗口、1個(gè) OSD窗口和一個(gè)屬性窗口的形式顯示。OSD用于在視頻圖像上疊加音量，圖標(biāo)等位圖或圖像信息。視頻編碼模塊提供數(shù)字輸出和模擬輸出。數(shù)字輸出支持 24bitRGB888格式、8/16bit BT.656以及具有獨(dú)立的水平和垂直同步功能的CCIT.601輸出;模擬輸出支持4路10bit DAC，均工作于54 MHz，支持復(fù)合NTSC/PAL、S端子和分量視頻。

　　TOP 3：基于DM365的嵌入式網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)

　　引言

　　在許多比較惡劣的環(huán)境如野外、井下、甚至在戰(zhàn)爭(zhēng)中，人們更需要獲取及時(shí)、有效的視頻信息，這種環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的能耗、抗干擾性、穩(wěn)定性等方面提出了更高的要求，把嵌入式技術(shù)應(yīng)用于視頻的采集和傳輸可以解決很多復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題。德州儀器 (TI)推出的基于達(dá)芬奇技術(shù)的新型TMS320DM365 數(shù)字媒體處理器，DM365 高度集成了眾多組件，其中包括符合生產(chǎn)要求的H.264、MPEG-4、MPEG-2、MJPEG 與VC1 編解碼器，可滿足智能視頻處理功能的集成影像信號(hào)處理(ISP)解決方案，以及一系列板載外設(shè)等，可使開(kāi)發(fā)人員將系統(tǒng)成本降低25%。本文圍繞DM365 數(shù)字媒體處理器，對(duì)基于DM365 的嵌入式視頻采集與傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了具體介紹。

　　1 嵌入式視頻采集與傳輸系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)利用目前先進(jìn)的WiFi 無(wú)線通信技術(shù)，結(jié)合H.264 視頻壓縮算法構(gòu)建無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)工作過(guò)程為：視頻采集節(jié)點(diǎn)將采集到的視頻、音頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)前端壓縮等處理之后，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的IP 數(shù)據(jù)包格式，以WiFi 無(wú)線方式發(fā)送到AP，AP 接入工業(yè)光纖以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接，構(gòu)成感知礦山多媒體數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。該無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)既可應(yīng)用于礦井救災(zāi)應(yīng)急通信系統(tǒng)，也可用于井下皮帶、液壓支架等煤礦安全生產(chǎn)管理，可極大提高礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的能效，節(jié)約礦井生產(chǎn)成本。

　　2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

　　2.1 系統(tǒng)核心架構(gòu)

　　本視頻采集與傳輸系統(tǒng)完成的主要功能是在煤礦井下能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)流暢的多媒體通信。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總指導(dǎo)原則是：在保持實(shí)時(shí)的多媒體通信質(zhì)量的前提下，低功耗，低成本。節(jié)點(diǎn)硬件主要包括：視頻采集前端、視頻處理模塊、無(wú)線發(fā)射模塊和電源模塊以及一些外圍電路。

　　TOP 2：基于Android的MJPEG網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)

　　深入研究了MJPEG視頻壓縮算法，闡述了算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并設(shè)計(jì)出基于Android操作系統(tǒng)的3G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)客戶端軟件。本系統(tǒng)通過(guò)實(shí)地安裝與測(cè)試達(dá)到了預(yù)期效果，突破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)客戶端固定地域的限制，有良好的應(yīng)用前景。

　　1 系統(tǒng)硬件組成與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　攝像機(jī)硬件核心采用三星公司推出的基于ARM9架構(gòu)的S3C2440A芯片，該處理器主頻達(dá)到400 MHz可以滿足實(shí)時(shí)壓縮，MJPEG視頻流可以達(dá)到320×240分辨率25 fps的性能要求。外圍搭配64 MB SDRAM、256 MBNAND Flash，網(wǎng)絡(luò)功能由DM9000以太網(wǎng)MAC控制芯片負(fù)責(zé)，攝像頭模塊由USB控制器控制，系統(tǒng)供電由3片LM71117組成，分別輸出3.3 V、1.8 V、1.25 V電壓，輔助外圍接口構(gòu)成攝像機(jī)硬件結(jié)構(gòu)。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是互聯(lián)網(wǎng)上的TCP/IP設(shè)備，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。其中在家庭區(qū)域內(nèi)根據(jù)安防的特點(diǎn)在大門走廊、客廳內(nèi)、陽(yáng)臺(tái)區(qū)域分別布置攝像機(jī)，再由網(wǎng)線連接到路由器，配置路由器參數(shù)映射每個(gè)攝像機(jī)獨(dú)立端口與IP地址，即完成Internet接入。遠(yuǎn)端由固定位置的PC機(jī)，移動(dòng)位置的3G筆記本和隨身攜帶的3G Android手機(jī)組成，PC機(jī)可以通過(guò)WEB瀏覽器訪問(wèn)與控制網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，Android手機(jī)通過(guò)客戶端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)訪問(wèn)。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　搭建攝像機(jī)需要Linux系統(tǒng)環(huán)境，首先移植Bootloader，對(duì)Linux 2.6.32內(nèi)核進(jìn)行裁剪，加載Linux UVC(USB video device class)驅(qū)動(dòng)及相關(guān)驅(qū)動(dòng)，將編譯好的Linux系統(tǒng)鏡像燒寫到ARM板Nand Flash中，對(duì)Bootloader沒(méi)置啟動(dòng)引導(dǎo)地址，即完成軟件運(yùn)行環(huán)境搭建。

　　分析網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)性能需求與拓展性，須滿足下列條件：

　　◆視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)性;

　　◆支持多客戶端同時(shí)連接;

　　◆圖像識(shí)別算法或預(yù)留接口;

　　◆功能模塊化滿足后期開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展。

　　因此，采用多線程架構(gòu)與互斥鎖機(jī)制來(lái)保證實(shí)時(shí)性、模塊化的思想設(shè)計(jì)代碼結(jié)構(gòu)。

　　其中主要實(shí)現(xiàn)如下功能。

　?、俪跏蓟疞inux V4L2接口，必須按照V4L2標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)初始化結(jié)構(gòu)體，其中包括struct v412_capability cap;struct v412_format fmt;struct v412_buffer buf;struct v412_requestbuffers rb;struct v412_streamparm setfps。此外將視頻設(shè)備名、視頻寬度、視頻高度、幀率、視頻格式和抓取方法傳遞給函數(shù)init_videoIn(struct vdIn*vd，char*device，int width，intheight，int fps，int format，int grabmethod)實(shí)現(xiàn)初始化。值得注意的是眾多USB camera并不支持JPEG格式視頻流直接抓取，針對(duì)YUYV格式抓取卻有廣泛支持。后期進(jìn)行圖像識(shí)別算法操作時(shí)直接分析YUYV原始圖像數(shù)據(jù)，將節(jié)省 JPEG壓縮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為原始圖像數(shù)據(jù)的大量運(yùn)算開(kāi)銷，因此采用YUYV抓取模式。

　?、趧?chuàng)建核心圖像處理線程。在該線程內(nèi)實(shí)現(xiàn)：抓取功能。

　　◆UVC設(shè)備單幀抓取，uvcGrab(struct vdIn*vd)函數(shù)實(shí)現(xiàn)單幀YUYV格式的原始圖像拷貝到內(nèi)存，采用高效的mmap內(nèi)存映射方法讀取;

　　◆JPEG核心算法實(shí)現(xiàn)，JPEG壓縮算法占用大量CPU時(shí)間，下一小節(jié)將詳細(xì)討論。

　?、蹌?chuàng)建套接字接口。為實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)連接網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，必須采用socket服務(wù)線程，每當(dāng)有新用戶連接同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新線程與之對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多用戶端同步監(jiān)控。

　?、艽罱ɑ赪eb瀏覽器訪問(wèn)方式的Web主頁(yè)。嵌入式設(shè)備資源有限，輕量級(jí)的Web Server主要有：Boa、Httpd、Thttpd等。本設(shè)計(jì)選用開(kāi)源的Boa、交叉編譯Boa源碼配置boa.conf文件，配置系統(tǒng)etc自啟動(dòng) shell加入Boa程序，將編寫HTML頁(yè)面文件放入系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的www目錄后即可正常工作。

　　TOP 1：IP高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)解決方案

　　現(xiàn)在“高清”和“IP”已經(jīng)成為安防監(jiān)控領(lǐng)域最炙手可熱的兩大熱點(diǎn)，隨著IP高清產(chǎn)品的快速爆棚，所有廠家都在不計(jì)代價(jià)的投入，高清所帶來(lái)的超高畫質(zhì)，超寬場(chǎng)景給人以極大的視覺(jué)震撼。IP高清攝像機(jī)已經(jīng)成為監(jiān)控領(lǐng)域增長(zhǎng)，最吸引眼球的產(chǎn)品。在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化大潮的推動(dòng)和市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，IP高清攝像機(jī)獲得了重大突破，并進(jìn)入到重大安保項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用中，視頻監(jiān)控已經(jīng)進(jìn)入IP高清時(shí)代，高清成為安防監(jiān)控新時(shí)代主題。

　　IP高清攝像機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

　　IP高清攝像機(jī)從本意上講超越了傳統(tǒng)常用的模擬攝像機(jī)?，F(xiàn)在市面上的高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)已經(jīng)形成以百萬(wàn)像素為基礎(chǔ)，200萬(wàn)像素，300萬(wàn)像素為先導(dǎo)的多元化產(chǎn)品格局。一臺(tái)IP高清網(wǎng)攝像機(jī)主要由視頻采集、視頻編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葞撞糠纸M成。一臺(tái)IP高清攝像機(jī)可以被看作一臺(tái)高清攝像機(jī)和一臺(tái)電腦的結(jié)合體。它通過(guò)CMOS/CCD感光器進(jìn)行逐行掃描，將光信號(hào)直接能夠捕獲影像并通過(guò)SoC單芯片處理，直接通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，從而使用戶能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的基于 IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)架在本地或者遠(yuǎn)程地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)觀看、存儲(chǔ)和管理高清視頻數(shù)據(jù)。

　　IP高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)最主要的技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)就在于其高像素帶來(lái)的高清晰圖像，而且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸可以很方便的實(shí)現(xiàn)多區(qū)域聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，這對(duì)于安防監(jiān)控來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義：

　　1)覆蓋范圍更大 如上文提到，IP高清攝像機(jī)的一大優(yōu)勢(shì)就是，覆蓋面更廣，相同監(jiān)視區(qū)域可以替代原有的多個(gè)固定點(diǎn)攝像機(jī)或全方位攝像機(jī)。這對(duì)于密集型場(chǎng)所，如機(jī)場(chǎng)安檢通道、車站、地鐵、商場(chǎng)出入口、停車場(chǎng)、工廠、銀行柜員等，原來(lái)一般需要設(shè)計(jì)多個(gè)密集的低分辨率攝像機(jī)，來(lái)保護(hù)死角，而現(xiàn)在，部署IP高清攝像機(jī)是個(gè)不錯(cuò)選擇。

　　2)圖像質(zhì)量更好 正所謂“細(xì)節(jié)決定成敗”，IP高清攝像機(jī)采用先進(jìn)的感光器使圖像細(xì)節(jié)更加清晰，尤其對(duì)于移動(dòng)物體來(lái)說(shuō)，逐行掃描方式可以給我們提供更好的圖像質(zhì)量，有效解決了隔行掃描帶來(lái)的梳狀模糊現(xiàn)象?？煽康膱D像質(zhì)量+細(xì)節(jié)=可靠快速的調(diào)查和分析，讓視頻存儲(chǔ)海量的硬盤數(shù)據(jù)中全部是有價(jià)值的圖像資料，這對(duì)于車牌、人臉識(shí)別等應(yīng)用具有重要意義。相反，如果圖像質(zhì)量差，缺少細(xì)節(jié)信息，無(wú)疑會(huì)給日后的調(diào)查分析工作帶來(lái)巨大的困難。

　　3)多區(qū)域聯(lián)網(wǎng)更方便 隨著IP高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的普及，與之相配套的后端產(chǎn)品高清嵌入式NVR產(chǎn)品也變得愈加豐富，其在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)尤其是IP高清攝像機(jī)的普及中扮演著非常重要的角色，其主要功能是對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻流進(jìn)行錄像、存儲(chǔ)，并提供實(shí)時(shí)顯示和代理轉(zhuǎn)發(fā)等功能，一般多采用嵌入式架構(gòu)，硬解碼支持多路網(wǎng)絡(luò)標(biāo)清或者高清攝像機(jī)接入。以天地偉業(yè)的嵌入式NVR為例，它可以支持16路標(biāo)清或者8路高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的接入;嵌入式硬解碼，可以實(shí)時(shí)預(yù)覽，錄像;內(nèi)置硬盤盤位可以存儲(chǔ);內(nèi)置代理轉(zhuǎn)發(fā)模塊可以對(duì)接入的視頻流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā);

　　此外還帶有VGA和BNC兩種輸出接口可以解碼上墻顯示;此外它還可以作為節(jié)點(diǎn)設(shè)備，在系統(tǒng)做中做節(jié)點(diǎn)監(jiān)控和分布式存儲(chǔ)。IP高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可通過(guò) IP網(wǎng)絡(luò)使其互聯(lián)互通性帶來(lái)極大的提高，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)平臺(tái)的互聯(lián)互通，可以整合整個(gè)社會(huì)資源，聯(lián)動(dòng)各個(gè)指揮中心和信息中心，實(shí)現(xiàn)了信息互通、資源共享、技術(shù)兼容，有利于整個(gè)社會(huì)資源的共享，對(duì)于各類事件的處理可以有效、快速的響應(yīng)，“即插即用”的使用模式提供了靈活的擴(kuò)展功能。